Деформационного состояния

Противоречивость некоторых обсужденных выше результатов по деформационному упрочнению поликристаллов во многом объясняется в теоретической работе А. Н. Орлова [67]. Показано,^ что ограничение пластической деформации границами зерен может приводить не только к увеличению плотности дислокаций с уменьшением зерна, но и снижению последней за счет ассимиляции дислокаций границами. В зависимости от преобладания того или иного фактора в конкретном материале и при данных условиях деформации могут наблюдаться различные варианты деформационного поведения.

которое может быть выведено из уравнения (3.24). В уравнении (3.52)' скорость деформационного упрочнения da/ds, определяется в нескольких точках кривой нагружения. Второй метод указанных авторов предполагает одновременное решение трех уравнений (3.24), составленных для трех произвольно выбранных точек на кривой a — е. По нескольким наборам значений и вычисляют средние величины KI и пх. Следует заметить, что это не только довольно трудоемкий, но и физически необоснованный метод, так как усреднение параметров деформационного упрочнения в широком интервале деформаций приводит к усреднению всей кривой деформации в целом. При этом могут быть упущены некоторые особенности деформационного поведения материала, проявляющиеся, например, в стадийном характере процесса упрочнения.

Таким образом, рассмотренные выше модельные представления, базирующиеся на концепции неравновесных границ зерен, позволяют достаточно реалистично в качественной форме и в некоторых случаях даже количественно описать основные структурные особенности наноструктурных ИПД материалов, связанные не только с наличием ультрамелкого зерна, но и с высокими внутренними напряжениями, их повышенной энергией и избыточным объемом, обусловленными специфической дефектной структурой. Можно полагать, что дальнейший прогресс в экспериментальных исследованиях ИПД материалов, направленный на прецизионное измерение плотностей дефектов границ зерен и кристаллической решетки, их типов и пространственных конфигураций позволит уточнить предложенную модель. Вместе с тем развиваемый подход к структуре ИПД материалов является основой для понимания их необычных свойств и будет использован ниже при анализе термического поведения, фундаментальных свойств и деформационного поведения наноструктурных материалов.

ческого течения. , Последнее, очевидно, обусловлено изменением механизма деформации в наноструктурных металлах, когда наряду с действием внутризеренного дислокационного скольжения развивается зернограничное проскальзывание (ЗГП) уже при относительно низких температурах [61, 327]. На рис. 5.^приведена диаграмма «напряжение-деформация» для такого же образца Си, подвергнутого дополнительному 3-минутному отжигу при 473 К. Такой короткий отжиг не приводит к заметному росту зерен, однако ведет к возврату дефектной структуры их границ, выраженному в резком уменьшении внутренних напряжений [327]. Видно, что несмотря на аналогичный размер зерен, имеется весьма существенная разница деформационного поведения в этих двух состояниях. После кратковременного отжига вид кривой становится похожим на вид кривой, соответствующей крупнокристаллической Си. Этот результат очень важен и показывает, что на прочностные свойства наноструктурных материалов может влиять не только средний размер зерна, но и дефектная структура границ зерен.

Другим интересным примером деформационного поведения на-номатериалов является механическое поведение Ti, подвергнутого ИПД кручением [58]. Поскольку образцы имели размеры около 10мм в диаметре, для их исследования были использованы испытания на изгиб. Полученные результаты позволили определить пределы текучести стт, предел прочности ав и максимальную величину прогиба Д [58].

Рассмотренные выше экспериментальные данные о механических свойствах наноструктурных материалов демонстрируют ряд особенностей их деформационного поведения при комнатной температуре. Это, во-первых, высокое значение предела текучести и,

Когда пластмассовые детали подвергаются колебательной нагрузке, то решающей для их деформационного поведения является величина внутреннего рассеяния энергии («механический гистерезис»), вызываемого внутренним трением в материале.

В работах Генки, Мазинга, Хоффа, Милейко, Кадашевича и Новожилова и др. (более полно развитие данного подхода изложено в обзорах [1, 2]) структурные модели использовались для качественной иллюстрации различных особенностей деформационного поведения материалов. Однако уже начиная с исследований Н. Н. Афанасьева, Дж. Бесселинга, В. С. Зарубина они рассматриваются как определенные математические модели в непосредственной связи с проблемой расчета конструкций, изготовленных из - конкретных материалов и подверженных соответствующим воздействиям. Отсюда, в частности, возникает задача надлежащего экспериментального определения функций, содержащихся в уравнениях состояния (задача идентификации структурной модели по отношению к конкретному материалу). Весьма существенным преимуществом предлагаемого варианта модели циклически стабильной среды является наличие в уравнениях состояния всего лишь двух определяющих функций. Одна из них характеризует физические свойства подэлементов (реологическая функция), в то

После идентификации оказывается возможным не только качественное, но и количественное сопоставление закономерностей деформационного поведения, предсказываемых моделью, с данными соответствующих экспериментов. Результатысопоставления, проведенного на ряде конструкционных (в большинстве своем — жаропрочных) сталей и сплавов при разнообразных программах на-гружения, включая неизотермическое, непропорциональное, при наличии в цикле выдержек при постоянном напряжении или постоянной деформации, приведены в данной главе. Они характеризуются в общем вполне удовлетворительным соответствием и фактически являются подтверждением определяющей роли микронапряжений в различных проявлениях деформационной анизотропии.

Можно отметить несколько общих закономерностей, вытекающих из проведенного анализа деформационного поведения структурной модели.

С другой стороны, рис. 7.22 показывают, что кривые деформирования стержней при реологических функциях, характерных для реальных условий, оказываются довольно близкими к идеально упругопластическим диаграммам с пределами текучести гв = = TBZ, где ГБ определяется скоростью деформации и температурой (см. уравнение (7.16)). Это обстоятельство может быть использовано для упрощения анализа закономерностей деформационного поведения реономного материала М. В частности, если взять модель из трех стержней с весами gk = 6/10, 3/10, 1/10 и параметрами z = = 10/24, 30/24, 90/24, диаграмма деформирования материала М будет мало отличаться от показанной на рис. 7.3 (величина сгт1 зависит от скорости деформирования и температуры: 2,4 сгт1= Егв). Будут только сглажены острые углы и тем сильнее, чем «реоном-нее» материал (т. е. чем больше функция Ф отличается от кривой 0 на рис. 7.22, а).

Независимо от того, какой критерий положен в основу оценки условия неустойчивости моделей с трещинами, общим ограничением их применимости для оценки прочности деталей и конструкций является уровень средних напряжений (в нетто-сечении), который не должен превышать предела текучести металла. В противном случае асимптотическая оценка напряженно-деформационного состояния будет не справедливой. Однако при этом сами критерии (Кс, 5С, Jc, Тщ) не теряют физического смысла и, естественно, могут быть использованы для оценки качества материала любой прочности и пластичности. Приведенные данные свидетельствуют о том, что в случае маломасштабной текучести в области трещины силовые, деформационные и энергетические критерии дают практически одинаковый результат. Более перспективным из отмеченных критериев следует считать параметр J, поскольку он включает в себя компоненты напряжений и деформаций и его можно распространить на случай вязкого разрушения.

Анализ включает оценку: фактической нагруженное™ основных элементов аппарата в соответствии с требованиями НТД; фактической геометрии и толщины стенок, концентраторов напряжений и дефектов результатов исследования напряженно-деформированного состояния (НДС), полученных при функциональной диагностике и экспертном обследовании; установление механизмов образования и роста обнаруженных дефектов и повреждений, возможных отказов вследствие их развития; оценку параметров технического состояния аппаратуры (их соответствие требованиям нормативно-технической и проектной документации, а по наличию отклонений от требований НТД установления определяющих параметров технического состояния); заключения о необходимости дальнейших уточненных расчетов и экспериментальных исследований напряженно-деформационного состояния, характеристик материалов и оценки остаточного ресурса в случае отсутствия повреждений, влияющих на параметры технического состояния аппаратуры.

Результаты анализа повреждений и параметров технического состояния должны быть дополнены в базу данных и оформлены в виде технического заключения с решением о продолжении дальнейших исследований напряженно-деформационного состояния и характеристик материалов или возможности дальнейшей эксплуатации с указанием назначенного ресурса.

Уточнение напряженно-деформационного состояния (НДС), критериев предельных состояний и характеристик металла проводится с целью получения дополнительной информации об уровне номинальной и локальной напряженности с учетом фактических свойств металла, необходимой для установления механизмов повреждений и расчетов остаточного ресурса.

(коррозионного гальванического элемента, функционирующего в результате различного напряженно-деформационного состояния его электродов). Принцип подобной гальванопары подробно рассмотрен нами выше. Однако вторая гальванопара, в отличие от первой, функционирует импульсами, в соответствии с колебаниями напряжений в вершине питтинга при периодическом нагружении. Вместе с тем, по мере коррозионного углубления питтинга, напряжения в его вершине будут постоянно возрастать, что приведет к росту э> д. с. данной гальванопары ДЕ, связанной с напряжением q в вершине питтинга соотношением

Основное условие получения достоверных результатов в квазистатических испытаниях — поддержание с заданной точностью однородности напряженного и деформационного состояния материала в объеме рабочей части образца. Это позволяет принимать регистрируемые зависимости между напряжением и деформацией за характеристики поведения локального объема материала. Таким методом определены характеристики сопротивления материалов деформированию в большинстве проведенных до настоящего времени исследований, в основном при испытаниях на растяжение или сжатие со скоростями до 10 м/с [69, 167, 208, 210, 305, 406, 409]. Область более высоких скоростей деформирования, особенно при испытаниях на растяжение, обеспечивающих получение наиболее полной информации о поведении материала под нагрузкой, практически не исследована. Такое ограничение исследований обусловлено тем, что с ростом скорости деформации возрастает влияние волновых процессов и радиальной инерции в образце и цепи нагружения, ведущих к нарушению однородности деформации и одноосности напряженного состояния в объеме рабочей части образца и затрудняющих приведение усилий и деформаций в материале. Уменьшение влияния этих эффектов требует разработки специальных методик для испытаний с высокими скоростями деформации.

гающей к закрепленному концу образца, от номинальной ен= = Уб//р. Большая скорость деформации на закрепленном конце образца способствует выравниванию деформационного состояния по длине рабочей части. Однако не следует забывать, что начало течения, а значит, и предел текучести, определенный по усилию на закрепленном конце образца, соответствует скорости роста нагрузки, вызванной совместным действием прямой и отраженной волн. Градиент напряжений и деформаций по длине стержня зависит от скорости релаксации напряжений и степени упрочнения, т. е. неоднородность напряженно-деформированного состояния в образце зависит от поведения испытываемого материала. Так, для материала, мало чувствительного к скорости деформации, в котором распространение упруго-пластических волн удовлетворительно описывается деформационной теорией (на основании последней напряжение в любой момент

Увеличение времени релаксации, задержка текучести при неизменной длине образца способствуют повышению однородности напряженного состояния и дают возможность проводить испытания при более высоких скоростях, пока не будет достигнута такая неравномерность деформационного состояния по длине образца, что произойдет его разрушение вследствие исчерпания ресурса пластичности вблизи нагружаемого сечения.

Установление квазистатического однородного напряженного и деформационного состояния в образце достигается в результате интерференции упруго-пластических волн [373]. Время и степень выравнивания напряжений по длине образца определяются частотой взаимодействия волн, обратно пропорциональной длине образца. Поэтому с повышением скорости деформации обеспечение необходимой равномерности возможно только при сокращении длины образца [136]. При высокоскоростных испытаниях выравнивание напряжений по длине рабочей части образца требует определенного времени, сравнимого с временем испытания. С повышением скорости деформирования это время составляет все большую часть времени испытания при неизменной длине образца. По этой причине для высокоскоростных испытаний неприемлемы пропорциональные образцы, принятые для статических испытаний. Их применение приводит к локализации деформации и разрушения вблизи нагружаемого конца при достижении так называемой критической скорости удара [81, 129], а также к появлению ряда других аномальных эффектов, не характеризующих действительное механическое поведение материала.

расчете пластмассовых конструкций, кроме вида напряженного и деформационного состояния, необходимо учитывать темпера-турно-временную зависимость нагрузочной способности пластмассовых деталей.

84. Липкин А. С. Применение голографической интерферометрии для исследования напряженно-деформационного состояния моделей гидротехнических сооружений и береговых откосов. — В кн.: II Всесоюзная конференция по голографии. Тезисы докладов. Киев. 1975, ч. 1, с. 29—31.